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BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Injezierkreis zum
Injezieren von simulierten Rauschsignalen in Netzleitungen von zu prüfenden elektrischen
Geräten.
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Bestimmte elektrische oder elektronische Geräte, beispielsweise Datenverarbeitungsgeräte,
sind gegenüber auf der Netzleitung zugeführten Rauschsignalen, beispielsweise kurzzeitige
Spannungsabfälle und Hochfrequenzspannungsspitzen, empfindlich, was zum Auftreten
von Fehlfunktionen führt. Um die Empfindlichkeit derartiger Geräte gegenüber derartigen
Rauschsignalen zu prüfen, werden Rauschsignalsimulatoren verwendet, welche künstlich
derartige. Rauschsignale erzeugen und während der Prüfung über die Netzleitung dem
jeweiligen Gerät zuführen.
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Ein derartiger Rauschsignalsimulator ist beispielsweise in einem Artikel
in "Electronics" vom 7. März 1966, Seiten 117 bis 121 unter dem Titel Noise simulators
help find peril in power-line defects" beschrieben. Bei einem derartigen Rauschsignalsimulator
werden Netzspannungsstörungen, beispielsweise kurzzeitige Spannungsabfälle sowie
Hochfrequenzspannungsspitzen, erzeugt, um auf diese Weise elektrische Geräte gegenüber
derartigen Rauschsignalen prüfen zu können.
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Es konnte festgestellt werden, daß niederfrequente Rauschsignale,
beispielsweise beim Einschlagen eines Blitzes sowie Schwingungssignale, empfindliche
Geräte, beispielsweise Datenverarbeitungsgeräte, ebenfalls stören. Blitzeinschläge
sowie durch Gewitter bedingte Rauschsignale werden durch die
Netzleitung
dem Gerät zugeführt, was zu einer fehlerhaften Funktionsweise bzw. zu einem Betriebsausfall
führen kann.
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Schwingende Rauschsignale sind niederfrequente gedämpfte Wellen, welche
beim Ein- und Ausschalten von wechselstrombetriebenen Gerätschaften mit induktiven
oder kapazitiven Belastungen, beispielsweise beim Einschalten von Elektromotoren,
Transformatoren, Phasenschiebekondensatoren und dergleichen, auftreten können.
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Bei der Überprüfung von Geräten gegenüber Rauschsignalen beim Einschlagen
eines Blitzes oder von Schwingsignalen werden Rauschsimulatoren verwendet, mit welchen
simulierte Blitzeinschläge sowie simulierte Schwingsignale erzeugt werden. Bei derartigen
Rauschsimulatoren ist ein mit einer induktiven Wicklung sowie einem Kondensator
versehenes Filter innerhalb der Speiseleitung des zu prüfenden Gerätes vorgesehen,
wobei die durch die induktive Wicklung fließende Wechselspannung zu einem bestimmten
Spannungsabfall führt. In manchen Fällen wird somit anstelle der induktiven Wicklung
ein Transformator verwendet, um simulierte Rauschsignale injezieren zu können. Die
Verwendung eines Transformators zur Injezierung hochenergetischer Signale erscheint
jedoch nicht wünschenswert, weil in diesem Falle grovolumige Transformatoren eingesetzt
werden müssen.
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Es ist demzufolge Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Injezierkreis
zum Injezieren von simulierten Rauschsignalen in Netzleitungen von Geräten zu schaffen,
bei welchem unter Vermeidung einer Verwendung eines Transformators kein Netzspannungsabfall
zustandekommt.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß innerhalb der Netzleitung
12 in Serie zu dem prüfenden Geräten Serienresonanzkreis angeordnet ist, dessen
Frequenz gleich
der Netz frequenz ist, ferner daß parallel zu dem
prüfenden Gerät und dem Serienresonanzkreis ein Kondensator vorgesehen ist und daß
schließlich an dem Serienresonanzkreis ein Generator angeschlossen ist, welcher
das gewünschte simulierende Rauschsignal erzeugt.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Rechteckwellensignal
erzeugt und zur Simulierung eines Blitzeinschlages in die Speiseleitung eines Gerätes
injeziert. Zur Simulierung eines Schwingsignales wird hingegen ein gedämpftes Wellensignal
erzeugt und in die Speiseleitung des Gerätes injeziert. In beiden Fällen kann dies
unter Vermeidung einer Verwendung eines Transformators ohne Verlust von Wechselstromleistung
erfolgen, wobei die verwendeten Schaltelemente sehr einfach sind und die damit verbundenen
Kosten gering sind.
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Der im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehene Rauschsimulator
besitzt eine Einrichtung zur Erzeugung eines simulierten Rauschsignales. Ein Serienresonanzkreis
mit einer. Resonanzfrequenz gleich der Netzfrequenz ist mit der Speiseleitung verbunden,
wobei er in Serie mit dem zu prüfenden Gerät zu liegen gelangt. Parallel mit dem
Serienresonanzkreis und dem zu prüfenden Gerät ist fernerhin innerhalb der Speiseleitung
ein Kondensator vorgesehen. Der Ausgang des Signalgenerators ist schließlich über
den Serienresonanzkreis angeschlossen. Bei einer derartigen Anordnung wird das simulierte
Rauschsignal über den Kondensator und die Netzleitung dem Gerät zugeführt. Da der
Serienresonanzkreis eine Resonanzfrequenz besitzt, welche gleich der Netzfrequenz
ist, tritt ein Spannungsabfall auf der Wechselstromseite auch dann nicht auf, wenn
ein Rauschsimulator verwendet wird. Der Serienresonanzkreis besteht aus einer induktiven
Wicklung und einem Kondensator. Ein Schalter kann zwischen den Serienresonanzelementen
vorgesehen sein. Falls simulierte Rauschsignale auf die Netzleitung
nicht
injeziert werden müssen, wird der Schalter angeschaltet, wodurch der Serienresonanzkreis
kurzgeschlossen wird.
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Zur Simulierung von Blitzeinschlägen ist der simulierte Rauschsignalgenerator
ein Rechtecksignalgenerator. Derselbe besitzt eine Gleichstromversorgung. Ein erster
Widerstand sowie ein Kondensator sind in Serie mit einem weiteren Widerstand mit
der Gleichstromversorgung verbunden. über den Kondensator führt ein weiterer Zweig,
welcher aus einem ersten Schalter und dem zweiten Widerstand besteht. Ein zweiter
Schalter ist mit dem einen Ende dieses zusätzlichen Zweiges verbunden. Der in Serie
mit dem ersten Schaltelement und dem zweiten Widerstand liegende Zweig kann mit
einer Induktionswicklung verbunden sein. Fernerhin kann ein veränderlicher Widerstand
vorgesehen sein, um zwischen dem anderen Ende des zweiten Schalters und dem anderen
Ende des Zweiges verbunden zu werden.
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Bei der betreffenden Anordnung tritt das Rechteckssignal zwischen
dem anderen Ende des zweiten Schalters und dem anderen Ende des Zweiges auf, sobald
nach dem Anschalten des zweiten Schalters mit einer gewissen Verzögerung der erste
Schalter angeschaltet wird.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß
der simulierte Rauschgenerator ebenfalls gedämpfte Wellensignale erzeugen kann,
um damit eine Simulierung von Schwingungssignalen durchzuführen. Der betreffende
Generator weist in diesem Fall ebenfalls eine Gleichstromversorgung sowie Widerstände
auf. Ein Stromkreis mit einem seriell verbundenen Kondensator und einer Induktanzwicklung
wird an der Gleichstromversorgung sowie dem Widerstand angeschlossen. Das eine Element
dieses Schaltkreises führt dann zu einem Schalter.
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Ein veränderlicher Widerstand kann in diesem Fall zwischen dem einen
Ende des Schalters und dem anderen Ende des Stromkreises
vorgesehen
sein. Bei Verwendung eines Signalgenerators mit gedämpfter Wellenform wird ein Kondensator
durch die Gleichstromversorgung aufgeladen und durch Abschaltung des Schalters wird
entladen, daß ein Signal mit gedämpfter Wellenform auf die Netzleitung injeziert
wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich anhand der
Unteransprüche.
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Die Erfindung soll nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen
ist. Es zeigen: Fig. 1 und 2 elektrische Schaltkreise bekannter Bauweise zum Injezieren
simulierter Rauschsignale auf die Netzleitung zur Prüfung elektrischer Geräte; Fig.
3 ein Schaltdiagramm eines Injezierkreises gemäß der Erfindung, mit welchem simulierte
Rauschsignale auf die Netzleitung eines zu prüfenden elektrischen Gerätes gebbar
sind; Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform der Schaltanordnung von Fig. 3; Fig.
5 eine Schaltanordnung eines Rauschsimulators gemäß der Erfindung zur Simulierung
von Blitzeinschlägen; Fig. 6 eine Wellenform eines dem Gerät von Fig. 5 zugeführten
Rechteckwellensignales; Fig. 7 Schaltdiagramme von abgewandelten Aus führ ungsformen
bis 9 von Rechteckwellengeneratoren;
Fig. 10 ein Schaltdiagramm
eines Generators zur Erzeugung einer gedämpften Wellenform; Fig. 11 eine schematische
Darstellung einer gedämpften Wellenform, so wie sie bei einem Generator gemäß Fig.
10 auftritt und Fig. 12 ein Schaltdiagramm einer abgewandelten Ausführungsform eines
Generators zur Erzeugung gedämpfter Wellenformen.
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Gemäß Fig. 1 ist das zu prüfende Gerät 2 an einer Wechselstromquelle
1 angeschlossen. Zur Rauschsignalsimulierung des Gerätes 2 ist fernerhin ein bekannter
Rauschsignalgenerator 3 angeschlossen, durch welchen simulierte Rauschsignale zugeführt
werden. Innerhalb der Netzleitung 12 ist parallel zu dem Gerät 2 eine Induktanzwicklung
L vorgesehen, während ein Kondensator C zwischen den beiden Netzleitungen 11 und
12 und zwar parallel zu dem Gerät 2 und der Induktanz L angeordnet ist. Der Ausgang
des Generators 3 ist an der Induktanzwicklung L angeschlossen. Bei dieser Anordnung
wird das von dem Generator 3 abgegebene Signal über den Kondensator C den Leitungen
11 und 12 injeziert und dem Gerät 2 zugeführt.
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Über die Leitungen 11 und 12 wird ebenfalls die Wechselstromnetzspannung
zugeführt. Da die Wechselspannung immer durch die induktive Wicklung L fließen muß,
ergibt sich an derselben ein bestimmter Spannungsabfall.
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Bei einer weiteren bekannten Anordnung ist gemäß Fig. 2 anstelle der
induktiven Wicklung L ein Transformator T vorgesehen. Der Ausgangsgenerator 3 ist
dabei mit der Primärwicklung des Transformators T verbunden, während die Sekundärwicklung
des Transformators T in Serie zu dem prüfenden
Gerät 2 angeschlossen
ist. Das simulierte Rauschsignal wird demzufolge über den Transformator T auf die
Netzleitung gegeben. Bei Verwendung eines Transformators zur Injezierung ergibt
sich jedoch die Notwendigkeit des Vorsehens eines sehr großvolumigen Transformators,
um auf diese Weise eine signalhohe Energie injezieren zu können. Ein durch ein Gewitter
bedingtes Blitzsignal besitzt einen hohen Spannungswert.Schwingsignale auf der anderen
Seite ergeben sich durch das Ein- und Ausschalten induktiver oder kapazitiver elektrischer
Geräte hoher Energie. Demzufolge erweist sich eine derartige Anordnung zur Injezierung
von simulierten Blitzsignalen und simulierten Schwingsignalen auf die Speiseleitungen
von zu prüfenden Geräten als nicht geeignet.
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Die vorliegende Erfindung ergibt eine Anordnung, welche das Injezierung
hochenergetischer Signale auf den Netzleitungen von Geräten erlaubt, ohne daß dabei
ein hoher Energieverlust des Prüfsignales oder der Netzspannung auftritt. Bei der
in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist ein Serienresonanzkreis vorgesehen,
dessen Resonanzfrequenz gleich der Netzfrequenz ist. Der Serienresonanzkreis umfaßt
dabei eine induktive Wicklung 4 sowie einen Kondensator 5 und ist innerhalb der
Netzleitung 12 in Serie angeordnet, um auf diese Weise Wechselstrom der Netzspannungsquelle
.1 dem Gerät 2 zuzuführen. Zwischen den Netzleitungen 11 und 12 ist parallel zu
dem Gerät 2 und in Serie mit dem Resonanzkreis .4, 5 ein Kondensator 6 vorgesehen.
An d em dem Serienresonanzkreis 4, 5 ist ein Rauschsignalgenerator 3 angeschlossen,
mit welchem Rauschsignale den beiden Seiten T1 und T2 des Resonanzkreises innerhalb
der Netzleitung 12 zuführbar sind. Die Wechselspannung wird ebenfalls über den Serienresonanzkreis
dem zu prüfenden Gerät 2 zugeführt. Da der Serienresonanzkreis jedoch eine Frequenz
gleich der Netzfrequenz besitzt, wird die Netzspannung ohne Leistungsverlust im
Resonanzkreis dem Gerät
2 zugeführt.
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Gemäß Fig. 4 kann zusätzlich ein Schalter 7, beispielsweise ein mechanischer
Schalter oder ein elektrisches Schaltelement, parallel zu dem Resonanzkreis ~4,
5 angeschlossen sein. Solange kein simuliertes Rauschsignal auf die Netzleitung
12 gegeben werden muß, kann das Schaltelement 7 geschlossen sein, wodurch der Resonanzkreis
4, 5 kurzgeschlossen wird. Auf diese Weise ist dann das Gerät 2 direkt an der Speisequelle
1 angeschlossen, so daß Leistungsverluste vollkommen ausgeschlossen sind.
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Im Fall einer Simulierung von Blitzeinschlägen kann gemäß Fig. 5 ein
Rechtecksignalgenerator 3 bei den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnungen
vorgesehen sein. In diesem Fall ist an einer Gleichspannungsquelle 11 ein Widerstand
12 sowie in Serie dazu ein Kondensator 13 vorgesehen. An dem Kondensator 13 ist
fernerhin eine Serienschaltung aus einem Schalter 14 und einem Widerstand angeschlossen.
Ein weiterer Schalter 16 ist zwischen der Ausgangsklemme T1 und dem gemeinsamen
Verbindungspunkt zwischen Widerstand 2 und Kondensator 3 angeschlossen. Das andere
Ende des Kondensators 3 ist mit der anderen Ausgangsklemme T2 verbunden. Die Ausgangsklemmen
T1 und T2- führen in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform von Fig. 3 und
4 zu den beiden Seiten T1 und T 2 des Serienresonanzkreises 4, 5 der Netzleitung
12, so daß die erzeugte Rechteckwelle in die Netzleitung injezierbar ist.
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Bei dieser Anordnung wird zuerst über den Widerstand 12 der Kondensator
13 von der Netzspannungsquelle 11 aufgeladen.
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Sobald der Schalter 16 geschlossen wird, wird der Entladestrom des
Kondensators 13 über die Ausgangsklemmen T1 und T2 der Netzleitung zugeführt. Wenn
dann in der Folge der Schalter 14 geschlossen wird, wird die verbleibende Ladung
des Kondensators
13 über den Widerstand 15 abgeleitet, so daß
die Zufuhr von Ladestrom zu der Netzleitung unterbrochen wird. Demzufolge wird der
Netzleitung ein Rechtecksignal zugeführt, so daß eine Blitzeinschlagssimulierung
für Geräte durchgeführt werden kann.
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Fig. 6 zeigt eine Rechteckwellenform eines auf die Leitung injezierten
Signales, so wie es mit einem Generator gemäß Fig. 5 erzeugbar ist. Die Länge des
Rechtecksignales wird dabei durch die Schaltfolge der Schalter 16 und 14 bestimmt.
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Die Impulsdauer hängt demzufolge nicht von dem Belastungswiderstand
ab. Demzufolge kann ein Rechtecksignal vorgegebene Impulsdauer sehr zuverlässig
und genau einem zu prüfenden Gerät zugeführt werden. Der Widerstand 15 dient dabei
als Schutzelement für den Schalter 14, um das Fließen zu großer Entladungsströme
zu vermeiden.
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Zur Verbesserung der Schutzwirkung kann gemäß Fig. 7 in Serie mit
dem Widerstand 15 zusätzlich eine induktive Wicklung 17 vorgesehen sein. Mit Hilfe
der induktiven Wicklung 17 kann verhindert werden, daß durch den Schalter 14 beim
Schließen desselben ein zu großer Entladestrom plötzlich zustandekommt.
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Bei der Ausführungsform von Fig. 8 ist im Vergleich zur Ausführungsform
von Fig. 5 ein zusätzlicher veränderlicher Widerstand 18 vorgesehen, der zwischen
den Ausgangsklemmen T1 und T2 angeschlossen ist, wodurch der abgegebene Spannungswert
eingestellt werden kann. Auf diese Weise können verschiedene Ausgangsbelastungen
berücksichtigt bzw. kompensiert werden.
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Bei der Ausführungsform von Fig. 9 ist im Vergleich zu der Ausführungsform
von Fig. 7 ebenfalls ein zusätzlicher veränderlicher Widerstand 18 vorgesehen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß
zum Betreiben der Schaltanordnungen von Fig. 3 und 4 ein Generator mit gedämpfter
Signalwellenform verwendet werden kann, um auf diese Weise eine Simulierung von
Schwingungswellen bei Geräten durchführen zu können.Bei der Ausführungsform von
Fig. 10 besitzt der betreffende Generator eine Gleichspannungsquelle 21, welche
über einen Widerstand 22 mit einer aus einem Kondensator 23 und einer induktiven
Wicklung 24 bestehenden Serienschaltung verbunden ist. Ein Ende dieses Serienkreises
ist über einen Schalter 25,beispielsweise einem mechanischen Schalter oder einem
elektrischen Schaltelement, mit der Ausgangsklemme T1 verbunden, während das andere
Ende des Serienkreises mit der anderen Ausgangsklemme T2 verbunden ist. Die beiden
Ausgangsklemmen T1 und T2 sind in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen von
Fig. 3 und 4 mit den beiden Seiten T1 und T2 des Serienresonanzkreises 4,5 verbunden,
so daß das gedämpfte Wellensignal auf die Netzleitung injeziert werden kann.
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Bei der betreffenden Anordnung wird der Kondensator 23 über den Widerstand
22 und die induktive Wicklung 24 von der Gleichspannungsquelle 21 aufgeladen. Sobald
der Schalter 25 geschlossen wird, wird die Ladung des Kondensators 23 über die Elemente
24 und 25 und die Netzleitung dem zu prüfenden Gerät zugeführt. Der Entladestrom
verändert sich dabei mit einer Frequenz, die durch die induktive Wicklung 24,die
Kapazität des Kondensators 23 und die Impedanz des Gerätes festgelegt ist. Die Amplitude
des betreffenden Signales wird jedoch gedämpft, wobei die Geschwindigkeit des Abklingens
durch die Impedanz des Gerätes festgelegt ist. Demzufolge wird ein gedämpftes Wellensignal
von dem Generator dem Gerät zugeführt, so daß eine Simulierung mit einer abschwingenden
Schwingung durchgeführt werden kann.
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Ein Beispiel einer Wellenform eines gedämpften Signales, so wie es
von dem Generator von Fig. 10 abgegeben wird, ist in Fig. 11 dargestellt.
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Um die Dämpfungsgeschwindigkeit des erzeugten Signales zu beeinflussen,
kann gemäß Fig. 12 ein veränderlicher Widerstand 26 zwischen den Ausgangsklemmen
T1 und T2 vorgesehen sein. Die veränderte Dämpfungsgeschwindigkeit aufgrund Veränderungen
der Impedanz des zu prüfenden Gerätes kann durch Einstellen des veränderlichen Widerstandes
26 kompensiert werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es somit möglich, simulierte
Rauschsignale auf die Netzleitung eines zu prüfenden Gerätes zu injezieren, ohne
daß dabei -ein Leistungsverlust auftritt, wobei dies sowohl für das zugeführte Signal,
wie auch für die Speisespannung gilt. Das blitzsimulierende Signal kann sehr leicht
erzeugt und auch auf die Netzleitung gegeben werden, so daß mit hoher Zuverlässigkeit
eine Blitzsimulierung Fernerhin kann ebenfalls eine Schwingsignalsimulierung durchgeführt
werden, so daß Geräte gegen derartige Schwingsignale zuverlässig prüfbar sind.
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